一种用于CVD/CVI工艺的尾气处理方法及设备

摘要

本发明提供一种用于CVD/CVI工艺的尾气处理方法及设备，设计了三级吸附，三级吸附之间相互协同，相互支持，其中一级吸附利用了吸附油与尾气的逆接触，延长了尾气和油雾的混合时间，降低了尾气的温度，液化出的固、液有机物瞬间与吸附油粘接在一起落到坩埚中的碳毡上，提高了尾气吸附能力；同时带有机物的油雾落在不锈钢坩埚中的碳毡条上后，增强了碳毡的粘结能力，尾气通过碳毡之间的缝隙和通气孔时，多层密度梯度的碳毡会再次对尾气进行过滤，之后的尾气排出金属罐体时，罐底的吸附油也可以再次过滤。这种多级的过滤方式大幅度的降低尾气中固、液有机物的含量，进而提高后续金属器件的工作安全系数和成本。

说明书

技术领域

本发明涉及尾气处理装置领域，具体涉及一种用于CVD/CVI工艺的尾气处理 方法及设备。

背景技术

在利用化学气相沉积/化学气相渗透(简称CVD/CVI)制备复合材料时，尾气 处理是一难题。陶瓷基复合材料是代替金属材料的一种新型材料，具有耐高温、 耐腐蚀、低密度、高强度的杰出优点，在航空、航天、武器装备等领域有着广阔 的应用前景。在CVD/CVI制备陶瓷基复合材料过程中，炉内通入H2、Ar及有机硅 烷，发生多级反应后的尾气中包含未分解的有机硅烷、反应产物HCl、分解产物焦 油、沉淀产物粒子、载气H2和稀释Ar等。反应产物中的烃类、焦油等会随着尾气 温度下降而液化成粘度较大有机物附着在管道、阀门、真空泵等器件内壁上，影 响活动构件的运动及控制功能，造成系统密封效果下降。另外，粘度较大的有机 物还会影响泵油流动性，导致真空泵转子的运转能力下降，造成真空泵抽力不足 或者开启困难(卡泵)以及真空泵异常磨损等现象，影响正常的制备工艺。因此， 在前级除去粘度较大的有机物，不但能够提高金属器件的工作稳定性，还能够节 省真空机组频繁清理带来的额外劳动力，现有的尾气处理装置不能充分的对固、 液有机物进行过滤，且设备占用较大场地面积。

发明内容

为了降低尾气中的杂质含量，减小尾气对后续设备的损害，本发明提供一种 可以在前级对尾气中的固、液有机物进行充分过滤，可以大幅度的降低尾气中固、 液有机物的含量的用于CVD/CVI工艺的尾气处理方法及设备。

一种用于CVD/CVI工艺的尾气处理方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)初级过滤

尾气从上至下流动，吸附油从下而上喷出，吸附油与尾气形成逆向接触，尾 气中的固液有机物被吸附油粘附进行初级过滤；

2)二次过滤

带有固液有机物的吸附油向下喷洒，部分粘附在有机物吸附组件上，部分穿 过有机物吸附组件继续向下流动；

经初级过滤的尾气继续向下流动，流动过程中温度不断降低，又液化出新的 固液有机物，经有机物吸附组件时，被有机物吸附组件粘附或吸收进行二次过滤，

3)穿过有机物吸附组件的吸附油下落至吸附油面；

经二次过滤的尾气继续向下流动，流动过程中温度不断降低，再次液化出新 的固液有机物，再次接触吸附油面时，被吸附油面粘附进行三次过滤，之后，排 出。

上述有机物吸附组件为多个由上至下排列的子吸附组件组成。

一种用于CVD/CVI工艺的尾气处理设备，包括依次相连的进气管路、吸附装 置及排气管路，其特殊之处在于：所述吸附装置包括金属罐体、设置在金属罐体 内的有机物吸附组件和油雾喷洒组件及吸附油，

所述金属罐体上设置有尾气入口和净化气出口，所述尾气入口与进气管路连 接，所述净化气出口与排气管路连接，

所述油雾喷洒组件的喷油口位于尾气入口下方且朝向尾气入口，所述油雾喷 洒组件的进油口与吸附油相连通，所述有机物吸附组件位于喷油口的下方吸附油 的上方，所述净化气出口低于机物吸附组件而高于吸附油油面；

放置在吸附组件下方的吸附油经油雾喷洒组件提升至喷油口并从喷油口向上 喷出，之后，部分经有机物吸附组件吸附成为有机物吸附组件的一部分，部分回 落至吸附油；尾气从尾气入口进入金属罐体流经喷油口处初步过滤并同时分离出 部分固、液杂质，固、液杂质落于有机物吸附组件上，经初步过滤的尾气再进入 有机物吸附组件进行二次过滤，之后接触吸附油进行三次过滤，最后由净化气出 口排出。

上述油雾喷洒组件包括依次连接的动力装置、压力管路及多个喷油器，所述 多个喷油器的出口均为油雾喷洒组件的喷油口；

所述动力装置包括压力桶、活塞，所述压力桶为金属罐体底部的一个凹腔， 所述活塞位于压力桶内，所述活塞正对压力桶的顶部，所述吸附油位于金属罐体 的底部，所述吸附油的液面高于压力桶的顶部，所述压力桶的顶部设置有一活页， 所述活页与压力桶上表面重合区域设置有一进油口，该进油口为油雾喷洒组件的 进油口，

所述进油口与压力管路的入口连接，所述尾气入口设置在金属罐体的顶部。

上述压力桶、活塞的材质为高分子材料。

上述动力装置还包括永磁铁、电磁感应线圈、脉冲电流发生器，所述永磁铁 固定于活塞的下方，所述电磁感应线圈固定于压力桶中且位于永磁铁下方与永磁 铁相对，所述脉冲电流发生器与电磁感应线圈连接。

上述机物吸附组件包括多个平行的子吸附组件，多个子吸附组件沿金属罐体 高度方向依次设置，每个子吸附组件包括吸附坩埚、设置在吸附坩埚底部的多个 相互平行的石墨碳毡条及设置在吸附坩埚底部及侧面的多个通气孔，

由上至下，多个子吸附组件中石墨碳毡条之间的间隙减小，相邻两个子吸附 组件上的石墨碳毡条排列方向不同。

上述相邻两个吸附坩埚底部的通气孔错开设置，相邻两个子吸附组件上的石 墨碳毡条排列方向垂直。

上述吸附坩埚边缘向内开有多个凹槽，所述金属罐体内由上至下设置有数量 与吸附坩埚数量相同的承载平台，所述承载平台由设置在金属罐体内壁上与凹槽 相配合的凸台组成,所述凸台的上表面均在同一平面上。

上吸附坩埚高度为50mm～100mm,壁厚为10～15mm，且吸附坩埚外周距金属罐体 内壁的距离为10～30mm；所述石墨碳毡条的高度与附坩埚高度相同，所述石墨碳毡 条的宽度为10～15mm，所述吸附坩埚上的通气孔直径为10～20mm，且相邻两通气 孔中心轴线的距离为30～50mm。

本发明与现有技术相比，优点是：

1、本发明利用尾气在处理过程中温度不断降低的特点，设计了三级吸附，三 级吸附之间相互协同，相互支持，其中一级吸附利用了吸附油与尾气的逆接触， 延长了尾气和油雾的混合时间，降低了尾气的温度，液化出的固、液有机物瞬间 与吸附油粘接在一起落到坩埚中的碳毡上，提高了尾气吸附能力；同时带有机物 的油雾落在不锈钢坩埚中的碳毡条上后，增强了碳毡的粘结能力，尾气通过碳毡 之间的缝隙和通气孔时，多层密度梯度的碳毡会再次对尾气进行过滤，之后的尾 气排出金属罐体时，罐底的吸附油也可以再次过滤。这种多级的过滤方式大幅度 的降低尾气中固、液有机物的含量，进而提高后续金属器件的工作安全系数和成 本。

2、本发明结构简单紧凑，将多级过滤集于一个装置中，减少场地占用面积。

3、本发明的尾气处理设备中的油雾喷洒组件将将罐底的吸附油和多层坩埚过 滤组件联系起来，一是对高温的尾气中进行降温，产生固液有机物；二是增强碳 毡的吸附能力，如果不将吸附油喷洒在坩埚中的碳毡表面，那么多层坩埚组件过 滤效率极其低下，长时间的尾气冲刷，碳毡早已吸附饱和。

4、本发明尾气处理设备采用耐高温的高分子材料的压力桶、活塞及压力管路 并结合电磁感应装置实现吸附油上升，避免了尾气中含有的固液气等高温腐蚀性 物质对设备的损坏，其他金属或机械装置无法使用，要不被腐蚀，要不被堵塞。

5、本发明的有机物吸附组件采用多层、梯度石墨碳毡过滤尾气，使得尾气不 得不通过狭小的缝隙，由于碳毡表面都是吸附油，极大地增加了有效吸附面积， 这种梯度石墨片设计是为了防止最上面的坩埚堵塞，因为尾气由上而下杂质浓度 逐渐降低；其次，本发明的吸附坩埚底部及吸附坩埚和金属罐体之间预留有通气 孔，从上到下相邻两坩埚内石墨碳毡片排列方向呈垂直关系且碳毡片的密度逐渐 增加，可以保证通气情况下，对固液有机产物进行充分的过滤。

6、本发明相邻两个吸附坩埚底部的通气孔错开设置，相邻两个子吸附组件上 的石墨碳毡条排列方向垂直是为了防止尾气及吸附油直接从通气孔或碳毡间隙流 走。

7、本发明吸附坩埚的高度和石墨碳毡的高度一样高，高度的考虑是结合表面 有油的碳毡吸附能力决定的(本公司正在使用)，高度决定尾气通过石墨碳毡间隙 的路径长短；壁厚是从强度上考虑的；坩埚和金属罐体的距离既要保证坩埚能顺 利取出，又要防止碳毡缝隙堵住使尾气无法下行；通气孔的数量及直径大小是考 虑到：既要保证尾气畅通，又要保证多孔、多缝隙的过滤充分又要考虑不能堵塞 碳毡缝隙和通气孔。最后，本发明石墨碳毡条的宽度小于高度，将石墨碳毡条立 起来放置，有利于气体的正常流通。

8、本发明的承载台作用只是给坩埚一个平台，可以是多(3～5)个，它必须 保证坩埚能从金属罐体中出来，因为还要清理坩埚，更换罐底吸附油。本发明的 承载台结构简单利于坩埚取出及承载。

附图说明

图1为一种用于CVD/CVI制备工艺中的尾气处理设备的结构示意图。

图2为有机物吸附装置(包括多层坩埚及内置密度梯度碳毡)三维结构示意 图。

附图标记：1-法兰，2-罐体，3-吸附坩埚，4-石墨碳毡条，5-吸附油，6-进 油口，7-活页，8-活塞，9-永磁体，10-电磁感应线圈，11-排油口，12-脉冲电流 发射器，13-压力桶，14-压力管路，15-喷油器，16-进气管路，17-蝶阀，18-真 空泵，19-排气管，20-预留通气孔，21-通气孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选方式进行说明。

本发明是一种用于CVD/CVI工艺的尾气吸附装置，包括依次相连的进气管路 16、吸附装置、蝶阀17、真空泵18及排气管19，进气管路通过波纹管、法兰环 与CVD/CVI的炉体底部相连。

吸附装置包括罐体2、设置在罐体2内的有机物吸附组件和油雾喷洒组件及吸 附油，罐体2为金属罐体，油雾喷洒组件包括依次连接的动力装置、压力管路及 多个喷油器，喷油器15设置在罐体2内腔顶部，多个喷油器15上连接有对应的 压力管路，压力管路与吸附油相连通，吸附油5盛装在罐体2底部，罐体2底部 设置有一排油口11，排油口用于吸附油的更换。压力管路14一端与多个喷油器 15相连，另一端连接有一压力桶13，压力桶13淹没于吸附油中，压力桶13上表 面上转动连接有一活页7，活页7与压力桶13上表面重合区域设置有一进油口6， 压力桶13内还滑动设置有一活塞8。

压力桶13内还固定设置有一电磁感应线圈10，电磁感应线圈10与设置在活 塞8下端面上的永磁体9相对应，电磁感应线圈10上还连接有一脉冲电流发射器 12。脉冲电流发射器12给电磁感应线圈10交变电信号，使得电磁感应线圈10的 磁极间断性转变，驱动下部设置有永磁体9的活塞8在压力桶13内上下往返运动， 进而使得吸附油5通过压力管路14从多个喷油器15中间断性的喷出，活塞8的 上下往返运动使得吸附油5经压力桶13上的进油口6间断的进入压力桶13中， 当活塞8对压力桶13内的吸附油5压缩时，压力桶13上转动相连的活页7覆盖 进油口6，使得压力桶13封闭，活塞8压缩吸附油5，将液油以雾状形式逆向喷 洒于罐顶；有机物吸附装置包括与罐体2活动连接的四个吸附坩埚3，吸附坩埚3 上设置有多个通气孔21，吸附坩埚3上还均布有石墨碳毡片4。吸附坩埚3边缘 向内开有三个夹角为120°的凹槽，罐体2内从上到下等间距地设置有四个承载平 台，吸附坩埚设置在承载平台上，承载平台由设置在罐体2内壁上的三个凸台组 成，凸台的上表面均在同一平面上，且相邻两凸台的夹角为120°，安装吸附坩埚 3时，将吸附坩埚3上的凹槽与罐体2上的凸台相对应，则可穿过凸台，然后旋转 吸附坩埚3，则可实现吸附坩埚3的固定。吸附坩埚3高度为50mm～100mm,壁厚为 10～15mm，且吸附坩埚3外侧壁距罐体2内壁的距离10～30mm。吸附坩埚3上的通 气孔21直径为10～20mm，且相邻两通气孔21中心轴线的距离为30～50mm。

使用时，CVD/CVI炉内产生的尾气在机械泵抽力作用下从罐体顶部进入到罐体 2中，随着尾气温度下降，液化出粘性的固、液有机物，该固、液小颗粒首先接触 罐体2顶部从喷油器15中间断喷出的吸附油5；然后通过四层(3～5层为宜)吸 附坩埚3中的表面带有吸附油的石墨碳毡条4对有机物过滤；当尾气穿过石墨碳 毡条片4之间的缝隙，通过吸附坩埚3的通气孔21之后，由于罐体2底部的吸附 油5液面略低于出气口，吸附油5表面可对尾气进行再次吸附。过滤后的尾气经 由排气管路通过真空泵进入尾气集中处理室。